(57)【要約】  磁気メモリは、磁化方向が固定された垂直磁化膜であるピニング層と、ピニング層上に形成された下地層と、下地層上に形成された垂直磁化膜であるデータ記憶層と、を備える。データ記憶層は、磁化方向が反転可能な磁化自由領域と、下地層を介してピニング層と磁気的に結合し当該磁気的結合によってその磁化方向が固定された磁化固定領域と、を備える。下地層は、磁性体で形成された磁性下地層を備える。
2011118461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定された垂直磁化膜であるピニング層と、
前記ピニング層上に形成された下地層と、
前記下地層上に形成された垂直磁化膜であるデータ記憶層と、
を備え、
前記データ記憶層は、
磁化方向が反転可能な磁化自由領域と、
前記下地層を介して前記ピニング層と磁気的に結合し、当該磁気的結合によってその磁化方向が固定された磁化固定領域と
を備え、
前記下地層は、磁性体で形成された磁性下地層を備える
磁気メモリ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気メモリであって、
前記磁性下地層は、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＮｂＢ、ＮｉＦｅＺｒ、ＮｉＦｅＴｉ、ＮｉＦｅＭｏＢ、ＮｉＦｅＣｒＢ、ＮｉＦｅＮｂＭｏＢ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＮｂＭｏのうちのいずれかを含有する
磁気メモリ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気メモリであって、
前記磁性下地層の膜厚は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である
磁気メモリ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気メモリであって、
前記データ記憶層は、第１の層と第２の層が積層された積層構造を有し、
前記第１の層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれか、またはこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有し、
前記第２の層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれか、またはこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有する
磁気メモリ。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気メモリであって、
前記第１の層は、Ｃｏを含有し、
前記第２の層は、Ｎｉを含有する
磁気メモリ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気メモリであって、
前記下地層は、更に、非磁性体で形成された非磁性下地層を備え、
前記非磁性下地層は、前記データ記憶層と前記磁性下地層との間に介在している
磁気メモリ。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気メモリであって、
前記非磁性下地層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含有する
磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリに関する。特に、本発明は、電流誘起磁壁移動を利用した磁気メモリであって、垂直磁気異方性を有するデータ記憶層を備える磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気メモリ、特に磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；  ＭＲＡＭ）は、高速動作および無限回の書き換えが可能な不揮発性メモリである。このことから、ＭＲＡＭの実用化は一部で始まっており、また、より汎用性を高めるための開発が行われている。ＭＲＡＭは、記憶素子として磁性体を用い、その磁性体の磁化の向きに対応させてデータを記憶する。記憶素子に所望のデータを書き込むためには、磁性体の磁化をそのデータに対応した向きにスイッチさせる。この磁化方向のスイッチング方法としていくつかの方式が提案されているが、いずれも電流（以下、「書き込み電流」と参照される）を使う点では共通している。ＭＲＡＭを実用化する上では、この書き込み電流をどれだけ小さくできるかが非常に重要である。【０００３】
非特許文献１（Ｎ．  Ｓａｋｉｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，  ＭＲＡＭ  Ｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｏｖｅｒ  ５００−ＭＨｚ  ＳｏＣ，  ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ，  ＶＯＬ．  ４２，  ＮＯ．  ４，  ｐｐ．８３０−８３８，  ２００７．）によれば、書き込み電流を０．５ｍＡ以下へ低減することでセル面積が既存の混載ＳＲＡＭと同等になることが示されている。【０００４】
ＭＲＡＭへのデータ書き込み方法のうちで最も一般的なのは、磁性記憶素子の周辺に書き込みのための配線を配置し、この配線に書き込み電流を流すことで磁場を発生させ、その磁場によって磁性記憶素子の磁化方向をスイッチングさせる方法である。この方法によれば、原理的には１ナノ秒以下での書き込みが可能であり、高速ＭＲＡＭを実現する上では好適である。しかしながら、熱安定性及び外乱磁場耐性が確保された磁性体の磁化をスイッチングするための磁場は、一般的には数１０Ｏｅ（エールステッド）程度であり、このような磁場を発生させるためには数ｍＡ程度の書き込み電流が必要となる。この場合、チップ面積が大きくならざるを得ず、また書き込みに要する消費電力も増大するため、他のランダムアクセスメモリと比べて競争力で劣ることになる。これに加えて、素子が微細化されると、書き込み電流はさらに増大してしまい、スケーリング性の点でも好ましくない。【０００５】
近年、このような問題を解決する手段として、以下の２つの方法が提案されている。【０００６】
１つ目は、スピン注入磁化反転（Ｓｐｉｎ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）方式である。スピン注入磁化反転方式によれば、反転可能な磁化を有する第１の磁性層と、それに電気的に接続され、磁化方向が固定された第２の磁性層から構成された積層膜において、第２の磁性層と第１の磁性層の間で書き込み電流が流される。このとき、スピン偏極した伝導電子と第１の磁性層中の局在電子との間の相互作用により、第１の磁性層の磁化を反転させることができる。読み出しの際には、第１の磁性層と第２の磁性層との間で発現する磁気抵抗効果が利用される。従って、スピン注入磁化反転を用いた磁性記憶素子は、２端子の素子となる。スピン注入磁化反転はある電流密度以上のときに起こるため、素子サイズが小さくなれば、書き込みに要する電流は低減される。すなわち、スピン注入磁化反転方式はスケーリング性に優れていると言うことができる。しかしながら、一般的に第１の磁性層と第２の磁性層の間には絶縁層が設けられ、書き込みの際には比較的大きな書き込み電流をこの絶縁層を貫通して流さなければならず、書き換え耐性や信頼性が課題となる。また、書き込み電流経路と読み出し電流経路が同じになることから、読み出しの際の誤書き込みも懸念される。このように、スピン注入磁化反転はスケーリング性には優れるものの、実用化にはいくつかの障壁がある。【０００７】
２つ目は、電流誘起磁壁移動（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ）方式である。電流誘起磁壁移動を利用したＭＲＡＭは、例えば特許文献１（特開２００５−１９１０３２号公報）に開示されている。一般的な電流誘起磁壁移動型のＭＲＡＭでは、反転可能な磁化を有する磁性層（データ記憶層）が設けられ、そのデータ記憶層の両端部の磁化が互いに略反平行となるように固定される。このような磁化配置により、データ記憶層内に磁壁が導入される。ここで、非特許文献２（Ａ．  Ｙａｍａｇｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｒｅａｌ−Ｓｐａｃｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗｉｒｅｓ，  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ＶＯＬ．  ９２，  ＮＯ．  ７，  ０７７２０５，  ２００４．）で報告されているように、磁壁を貫通する方向に電流を流したとき、その磁壁は伝導電子の方向に移動する。従って、データ記憶層に面内方向の書き込み電流を流すことにより、その電流方向に応じた向きに磁壁を移動させ、所望のデータを書き込むことが可能となる。読み出しの際には、磁壁が移動する領域を含む磁気トンネル接合が用いられ、磁気抵抗効果に基づいて読み出しが行われる。従って、電流誘起磁壁移動を利用した磁性記憶素子は、３端子の素子となる。また、スピン注入磁化反転と同様に、電流誘起磁壁移動もある電流密度以上のときに起こる。従って、電流誘起磁壁移動方式もスケーリング性に優れていると言える。それに加えて、電流誘起磁壁移動方式の場合、書き込み電流が絶縁層を流れることはなく、また、書き込み電流経路と読み出し電流経路とは別となる。従って、スピン注入磁化反転の場合の上述の問題点が解決される。【０００８】
尚、上述の非特許文献２では、電流誘起磁壁移動に必要な電流密度として１×１０８［Ａ／ｃｍ２］程度が報告されている。【０００９】
非特許文献３（Ｓ．  Ｆｕｋａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｒｉｖｅｎ  ｄｏｍａｉｎ  ｗａｌｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ｎａｎｏｓｔｒｉｐｓ  ｗｉｔｈ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ，  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ，  ＶＯＬ．  １０３，  ０７Ｅ７１８，  ２００８．）には、電流誘起磁壁移動方式における垂直磁気異方性材料の有用性が述べられている。具体的には、磁壁移動が起こるデータ記憶層が垂直磁気異方性を有している場合に書き込み電流を十分小さく低減できることが、マイクロマグネティックシミュレーションを通して判明している。【００１０】
特許文献２（特開２００８−１３５５０３号公報）には、トップピン型の磁気抵抗素子が開示されている。その磁気抵抗素子は、下地層と、下地層上に形成された磁化自由層と、磁化自由層上に非磁性層３４を介して形成された磁化固定層とを備える。下地層は、結晶性の金属材料で形成される。下地層の結晶は、複数種類の結晶配向成分を有する。その複数種類の結晶配向成分のうち２種類以上が、磁化自由層に接触する。【００１１】
特許文献３（特開２００９−５４７１５号公報）に開示されたＭＲＡＭは、磁気異方性を有する強磁性層である磁化記録層と、磁気記録層上に設けられた情報を読み出すための読出し層と、を備える。磁化記録層は、反転可能な磁化を有する第１磁化反転領域と第２磁化反転領とを含む磁化反転領域と、第１磁化反転領域との境界に接続され、磁化の向きが固定された第１磁化固定領域と、第２磁化反転領域との境界に接続され、磁化の向きが固定された第２磁化固定領域と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１９１０３２号公報
【特許文献２】特開２００８−１３５５０３号公報
【特許文献３】特開２００９−５４７１５号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｎ．  Ｓａｋｉｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，  ＭＲＡＭ  Ｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｏｖｅｒ  ５００−ＭＨｚ  ＳｏＣ，  ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ，  ＶＯＬ．  ４２，  ＮＯ．  ４，  ｐｐ．８３０−８３８，  （２００７）．
【非特許文献２】Ａ．  Ｙａｍａｇｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｒｅａｌ−Ｓｐａｃｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗｉｒｅｓ，  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ＶＯＬ．  ９２，  ＮＯ．  ７，  ０７７２０５，  （２００４）．
【非特許文献３】Ｓ．  Ｆｕｋａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｒｉｖｅｎ  ｄｏｍａｉｎ  ｗａｌｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ｎａｎｏｓｔｒｉｐｓ  ｗｉｔｈ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ，  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ，  ＶＯＬ．  １０３，  ０７Ｅ７１８，  （２００８）．
【非特許文献４】Ａ．  Ｔｈｉａｖｉｌｌｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｄｏｍａｉｎ  ｗａｌｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｂｙ  ｓｐｉｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ：  ａ  ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔｕｄｙ，  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ，  ＶＯＬ．  ９５，  ＮＯ．  １１，  ｐｐ．７０４９−７０５１，  （２００４）．
【非特許文献５】Ｓ．  Ｆｕｋａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｌｏｗ−Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｅｌｌ  ｆｏｒ  Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  ＭＲＡＭ，  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  １２Ａ−２，  （２００８）．
【非特許文献６】Ｇ．Ｈ．Ｏ．  Ｄａａｌｄｅｒｏｐ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｉｎ  Ｃｏ／Ｎｉ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ，  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ＶＯＬ．  ６８，  ＮＯ．  ５，  ｐｐ．６８２−６８５，  （１９９２）．
【非特許文献７】Ｆ．Ｊ．Ａ．  ｄｅｎ  Ｂｒｏｅｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ａｎｄ  Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｃｏ／Ｎｉ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ，  ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，  ＶＯＬ．  ２８，  ＮＯ．  ５，  ｐｐ．２７６０−２７６５，  （１９９２）．
【発明の概要】
【００１４】
上述の通り、マイクロマグネティックシミュレーションを通して、磁壁移動が起こるデータ記憶層が垂直磁気異方性を有している場合に、書き込み電流を十分小さく低減可能であることが判明している。従って、電流誘起磁壁移動を利用した磁気メモリにおいて書き込み電流を低減するためには、垂直磁気異方性を有する強磁性体をデータ記憶層として形成することが好ましいと予想される。
【００１５】
ここで、本願発明者は、次の点に着目した。電流誘起磁壁移動型の磁気メモリを実際に製造し、更に書き込み電流を低減するためには、磁壁移動が起こるデータ記憶層の材質を適切に調整する必要がある。具体的には、飽和磁化が小さく、スピン分極率が大きな材料を用いることが好ましい。更に、そのような材料を用いて垂直磁化が実現されなくてはならない。言い換えれば、データ記憶層で垂直磁化が得られるような結晶配向を実現する必要がある。
【００１６】
更に、データ記憶層中で磁壁を正常に維持するためには、データ記憶層中の磁化固定領域の磁化方向を十分に固定しておく必要がある。磁化固定領域の磁化固定が不十分な場合、データ書き込み動作によって磁壁がデータ記憶層から抜けてしまい、メモリの正常動作が不可能となる可能性がある。
【００１７】
本発明の１つの目的は、電流誘起磁壁移動を利用した磁気メモリにおいて、垂直磁気異方性を有するデータ記憶層を好適に実現し、且つ、動作信頼性を向上させることができる技術を提供することにある。
【００１８】
本発明の１つの観点において、磁気メモリが提供される。その磁気メモリは、磁化方向が固定された垂直磁化膜であるピニング層と、ピニング層上に形成された下地層と、下地層上に形成された垂直磁化膜であるデータ記憶層と、を備える。データ記憶層は、磁化方向が反転可能な磁化自由領域と、下地層を介してピニング層と磁気的に結合し当該磁気的結合によってその磁化方向が固定された磁化固定領域と、を備える。下地層は、磁性体で形成された磁性下地層を備える。
【００１９】
本発明によれば、電流誘起磁壁移動を利用した磁気メモリにおいて、垂直磁気異方性を有するデータ記憶層を好適に実現し、且つ、動作信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
上記及び他の目的、長所、特徴は、次の図面と共に説明される本発明の実施の形態により明らかになるであろう。【００２１】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態に係る磁気メモリ素子の構成を示す側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａで示された磁気メモリ素子の平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、磁気メモリ素子の“０”状態を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、磁気メモリ素子の“１”状態を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、磁気メモリ素子へのデータ書き込み方法を示す概念図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、磁気メモリ素子へのデータ書き込み方法を示す概念図である。
【図４Ａ】図４Ａは、磁気メモリ素子からのデータ読み出し方法を示す概念図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、磁気メモリ素子からのデータ読み出し方法を示す概念図である。
【図５】図５は、１つの磁気メモリセルの構成を示す回路図である。
【図６】図６は、磁化曲線の下地層膜厚依存性の測定結果を示すグラフである。
【図７】図７は、磁化曲線の下地層膜厚依存性の測定結果を示すグラフである。
【図８】図８は、磁気メモリ素子の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電流誘起磁壁移動型の磁気メモリを説明する。
【００２３】
１．基本構成及び原理
１−１．磁気メモリ素子の基本構成
本実施の形態に係る磁気メモリは、アレイ状に配置された複数の磁気メモリセルを備えており、各々の磁気メモリセルは磁気メモリ素子を有している。電流誘起磁壁移動型の磁気メモリ素子は、磁化状態に応じてデータを記憶するデータ記憶層と、データ記憶層に格納されたデータを読み出すための読み出し機構と、データ記憶層に電流を導入するための電流導入機構と、を備える。
【００２４】
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施の形態に係る磁気メモリ素子１の構成例を示している。図１Ａは側面図であり、図１Ｂは平面図である。図に示されているｘ−ｙ−ｚ座標系において、ｚ軸は基板に垂直な方向を示し、ｘ軸及びｙ軸は基板平面に平行である。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、磁気メモリ素子１は、磁化自由層１０、非磁性層２０、ピン層３０、下地層４０、ピニング層５０、及び電極層６０を備えている。
【００２５】
磁化自由層１０は、上述の「データ記憶層」であり、強磁性体で形成される。特に、本実施の形態において、磁化自由層１０は、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｌｍ）で形成される。また、磁化自由層１０は、磁化方向が反転可能な領域を含んでおり、その磁化状態に応じてデータを記憶する。より詳細には、磁化自由層１０は、第１磁化固定領域１１ａ、第２磁化固定領域１１ｂ、及び磁化自由領域１２を有している。磁化固定領域１１ａ、１１ｂは磁化自由領域１２の両側に位置しており、磁化自由領域１２はそれら磁化固定領域１１ａ、１１ｂの間に挟まれている。磁化固定領域１１ａ、１１ｂの磁化は互いに逆方向に固定されている。つまり、磁化固定領域１１ａ、１１ｂのそれぞれの磁化方向は、反平行である。例えば図１Ａに示されるように、第１磁化固定領域１１ａの磁化方向は＋ｚ方向に固定され、第２磁化固定領域１１ｂの磁化方向は−ｚ方向に固定されている。一方、磁化自由領域１２の磁化方向は反転可能であり、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向となる。従って、磁化自由領域１２の磁化方向に応じて、磁化自由層１０内には磁壁が形成される。
【００２６】
非磁性層２０は、磁化自由層１０に隣接して設けられている。特に、非磁性層２０は、少なくとも磁化自由層１０の磁化自由領域１２に隣接するように設けられている。この非磁性層２０は非磁性体で形成され、好適には絶縁体で形成される。
【００２７】
ピン層（ｐｉｎｎｅｄ  ｌａｙｅｒ）３０は、非磁性層２０に隣接して、磁化自由層１０とは反対側に設けられている。つまり、ピン層３０は、非磁性層２０を介して磁化自由層１０（磁化自由領域１２）に接続されている。このピン層３０は強磁性体で形成され、その磁化方向は一方向に固定されている。好適には、磁化自由層１０と同様に、ピン層３０も垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜で形成される。この場合、ピン層３０の磁化方向は、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向に固定される。例えば図１Ａでは、ピン層３０の磁化方向は、＋ｚ方向に固定されている。
【００２８】
以上に説明された磁化自由層１０（磁化自由領域１２）、非磁性層２０、及びピン層３０は、磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ；  ＭＴＪ）を形成している。また、後述されるように、非磁性層２０とピン層３０が、データ記憶層としての磁化自由層１０に格納されたデータを読み出すための「読み出し機構」に相当する。
【００２９】
下地層４０は、磁化自由層１０の基板側に設けられている。後に詳しく説明されるように、この下地層４０を下地として用いることにより、垂直磁気異方性を有する磁化自由層１０が下地層４０上に形成される。つまり、磁化自由層１０は、下地層４０と接触するように下地層４０上に形成される。下地層４０は、ピニング層５０上に形成されている。
【００３０】
ピニング層（ｐｉｎｎｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）５０は、下地層４０の基板側に設けられている。このピニング層５０は、磁化方向が固定された垂直磁化膜であり、磁化自由層１０中の磁化固定領域１１ａ、１１ｂの磁化方向を固定する役割を果たす。より詳細には、ピニング層５０は、第１磁化固定領域１１ａ側の第１ピニング層５０ａと、第２磁化固定領域１１ｂ側の第２ピニング層５０ｂを含んでいる。第１ピニング層５０ａは、下地層４０を介して第１磁化固定領域１１ａと磁気的に結合しており、当該磁気的結合により第１磁化固定領域１１ａの磁化方向を固定する。第２ピニング層５０ｂは、下地層４０を介して第２磁化固定領域１１ｂと磁気的に結合しており、当該磁気的結合により第２磁化固定領域１１ｂの磁化方向を固定する。第１ピニング層５０ａと第２ピニング層５０ｂの磁化方向は逆方向である。
【００３１】
これら第１ピニング層５０ａ及び第２ピニング層５０ｂのそれぞれに接続されるように、２つの電極層６０が設けられている。電極層６０は、上述の「電流導入機構」に相当しており、データ記憶層としての磁化自由層１０に電流を導入するために用いられる。
【００３２】
１−２．磁気メモリ素子のメモリ状態
図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ａで示された磁気メモリ素子１が取り得る２つのメモリ状態を示している。ここでは、磁化自由層１０の磁化固定領域１１ａ、１１ｂの磁化方向はそれぞれ＋ｚ方向及び−ｚ方向に固定され、ピン層３０の磁化方向は＋ｚ方向に固定されているとする。
【００３３】
図２Ａにおいて、磁化自由層１０の磁化自由領域１２の磁化方向は＋ｚ方向である。この場合、磁化自由領域１２と第２磁化自由領域１１ｂとの境界に、磁壁ＤＷが形成される。また、磁化自由領域１２の磁化方向とピン層３０の磁化方向は、互いに平行である。従って、ＭＴＪの抵抗値は比較的小さくなる。このような磁化状態は、例えばデータ“０”のメモリ状態に対応付けられる。
【００３４】
一方、図２Ｂにおいて、磁化自由層１０の磁化自由領域１２の磁化方向は−ｚ方向である。この場合、磁化自由領域１２と第１磁化自由領域１１ａとの境界に、磁壁ＤＷが形成される。また、磁化自由領域１２の磁化方向とピン層３０の磁化方向は、互いに反平行である。従って、ＭＴＪの抵抗値は比較的大きくなる。このような磁化状態は、例えばデータ“１”のメモリ状態に対応付けられる。
【００３５】
このように、磁化自由層１０の磁化状態、すなわち、磁化自由層１０中の磁壁位置に応じて、２つのメモリ状態が実現される。但し、図２Ａ及び図２Ｂで定義された磁化状態と２つのメモリ状態との間の対応関係は任意である。
【００３６】
１−３．データ書き込み／読み出し方法
次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、磁気メモリ素子１へのデータ書き込み方法を説明する。簡単のため、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、非磁性層２０とピン層３０の図示は省略されている。本実施の形態によれば、磁気メモリ素子１へのデータ書き込みは、電流誘起磁壁移動方式により行われる。そのために、磁壁ＤＷを有する磁化自由層１０に接続された上述の電極層６０（電流導入機構）が用いられる。２つの電極層６０を用いることによって、書き込み電流を磁化自由層１０内で面内方向に流し、その電流方向に応じた方向に磁壁ＤＷを移動させることができる。すなわち、電流誘起磁壁移動により、磁化自由層１０の磁化状態を、図２Ａ及び図２Ｂで示された２つのメモリ状態の間で切り替えることができる。
【００３７】
図３Ａは、図２Ａ（“０”状態）から図２Ｂ（“１”状態）への状態切り替え時の書き込み電流Ｉｗｒｉｔｅを示している。図３Ａに示されるように、書き込み電流Ｉｗｒｉｔｅは、磁化自由層１０中で、第１磁化固定領域１１ａから磁化自由領域１２を経由して第２磁化固定領域１１ｂへ流される。従って、伝導電子は、第２磁化固定領域１１ｂから磁化自由領域１２を経由して第１磁化固定領域１１ａへと流れる。このとき、第２磁化固定領域１１ｂと磁化自由領域１２の境界近傍に位置している磁壁ＤＷにはスピントランスファートルク（Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｔｏｒｑｕｅ；  ＳＴＴ）が働き、磁壁ＤＷは、第１磁化固定領域１１ａに向けて移動する。すなわち、電流誘起磁壁移動が起こる。磁壁ＤＷの移動は、第１磁化固定領域１１ａと磁化自由領域１２との境界近傍で停止する。このようにして、図２Ｂで示されたメモリ状態、つまり、データ“１”の書き込みが実現される。
【００３８】
図３Ｂは、図２Ｂ（“１”状態）から図２Ａ（“０”状態）への状態切り替え時の書き込み電流Ｉｗｒｉｔｅを示している。図３Ｂに示されるように、書き込み電流Ｉｗｒｉｔｅは、磁化自由層１０中で、第２磁化固定領域１１ｂから磁化自由領域１２を経由して第１磁化固定領域１１ａへ流される。従って、伝導電子は、第１磁化固定領域１１ａから磁化自由領域１２を経由して第２磁化固定領域１１ｂへと流れる。このとき、第１磁化固定領域１１ａと磁化自由領域１２の境界近傍に位置している磁壁ＤＷにはスピントランスファートルクが働き、磁壁ＤＷは、第２磁化固定領域１１ｂに向けて移動する。すなわち、電流誘起磁壁移動が起こる。磁壁ＤＷの移動は、第２磁化固定領域１１ｂと磁化自由領域１２との境界近傍で停止する。このようにして、図２Ａで示されたメモリ状態、つまり、データ“０”の書き込みが実現される。
【００３９】
なお、“０”状態における“０”書き込み、及び“１”状態における“１”書き込みを行った場合には状態変化は起こらない。すなわちオーバーライトが可能である。
【００４０】
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、磁気メモリ素子１からのデータ読み出し方法を説明する。本実施の形態では、トンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ；  ＴＭＲ  ｅｆｆｅｃｔ）を利用することにより、データ読み出しが行われる。そのために、ＭＴＪ（磁化自由層１０、非磁性層２０、ピン層３０）を貫通する方向に、読み出し電流Ｉｒｅａｄが流される。尚、読み出し電流Ｉｒｅａｄの方向は任意である。
【００４１】
図４Ａは、図２Ａで示された“０”状態の場合の読み出し電流Ｉｒｅａｄを示している。この場合、磁化自由領域１２の磁化方向とピン層３０の磁化方向は平行であるため、ＭＴＪの抵抗値は比較的小さくなる。一方、図４Ｂは、図２Ｂで示された“１”状態の場合の読み出し電流Ｉｒｅａｄを示している。この場合、磁化自由領域１２の磁化方向とピン層３０の磁化方向は反平行であるため、ＭＴＪの抵抗値は比較的大きくなる。
【００４２】
従って、読み出し電流Ｉｒｅａｄの大きさ、あるいは、読み出し電流Ｉｒｅａｄに応じた電圧値に基づいて、ＭＴＪの抵抗値の大小を判定することができる。すなわち、磁化自由層１０（データ記憶層）の磁化状態を検出し、その磁化状態として格納されているデータを読み出すことができる。このように、非磁性層２０とピン層３０は、トンネル磁気抵抗効果を通して磁化自由層１０の磁化状態を検出するための「読み出し機構」として機能する。
【００４３】
１−４．回路構成
次に、上述の磁気メモリ素子１を有する磁気メモリセルの回路構成を説明する。図５は、１ビット分の磁気メモリセルの回路構成例を示している。磁気メモリセルは、磁気メモリ素子１と２つのトランジスタＴＲａ、ＴＲｂを含む２Ｔ−１ＭＴＪ（ｔｗｏ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ−ｏｎｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構成を有している。磁気メモリ素子１は、３端子の素子であり、ワード線ＷＬ、グラウンド線ＧＬ、及びビット線対ＢＬａ、ＢＬｂに接続されている。例えば、ピン層３０につながる端子は、グラウンド線ＧＬに接続されている。第１ピニング層５０ａにつながる端子（電極層６０）は、トランジスタＴＲａを介してビット線ＢＬａに接続されている。第２ピニング層５０ｂにつながる端子（電極層６０）は、トランジスタＴＲｂを介してビット線ＢＬｂに接続されている。トランジスタＴＲａ、ＴＲｂのゲートは、共通のワード線ＷＬに接続されている。
【００４４】
データ書き込み時、ワード線ＷＬはＨｉｇｈレベルに設定され、トランジスタＴＲａ、ＴＲｂがＯＮされる。また、ビット線対ＢＬａ、ＢＬｂのいずれか一方がＨｉｇｈレベルに設定され、他方がＬｏｗレベル（グラウンドレベル）に設定される。その結果、トランジスタＴＲａ、ＴＲｂ、磁化自由層１０を経由して、ビット線ＢＬａとビット線ＢＬｂとの間で書き込み電流Ｉｗｒｉｔｅが流れる。
【００４５】
データ読み出し時、ワード線ＷＬはＨｉｇｈレベルに設定され、トランジスタＴＲａ、ＴＲｂがＯＮされる。また、ビット線ＢＬａはオープン状態に設定され、ビット線ＢＬｂはＨｉｇｈレベルに設定される。その結果、読み出し電流Ｉｒｅａｄが、ビット線ＢＬｂから磁気メモリ素子１のＭＴＪを貫通してグラウンド線ＧＬへ流れる。
【００４６】
２．磁気メモリ素子１の膜構成及び材料
以上に説明されたように、本実施の形態に係る磁気メモリ素子１は、垂直磁気異方性を有するデータ記憶層（磁化自由層１０）を備えている。上述の非特許文献３によれば、そのような垂直磁気異方性を有するデータ記憶層を用いることにより、電流誘起磁壁移動に要する書き込み電流を低減することが可能である。
【００４７】
電流誘起磁壁移動を実際に実現し、更に書き込み電流を低減するためには、磁化自由層１０の材質を適切に調整する必要がある。具体的には、飽和磁化が小さく、スピン分極率が大きな材料を用いることが好ましい。更に、そのような材料を用いて垂直磁化が実現されなくてはならない。言い換えれば、磁化自由層１０で垂直磁化が得られるような結晶配向を実現する必要がある。そのために、磁化自由層１０が好適な結晶配向で成長できるような「下地層４０」が設けられている。
【００４８】
以下、本実施の形態に係る磁気メモリ素子１の好適な膜構成及び材料を説明する。特に、磁化自由層１０、及びその磁化自由層１０を形成するために用いられる下地層４０に関して、好適な構成及び材料を説明する。
【００４９】
２−１．磁化自由層１０
上述の通り、磁化自由層１０において電流誘起磁壁移動を実現する必要がある。非特許文献４（Ａ．  Ｔｈｉａｖｉｌｌｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｄｏｍａｉｎ  ｗａｌｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｂｙ  ｓｐｉｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ：  ａ  ｍｉｃｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔｕｄｙ，  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ，  ＶＯＬ．  ９５，  ＮＯ．  １１，  ｐｐ．７０４９−７０５１，  ２００４．）によれば、電流誘起磁壁移動は、パラメータ：ｇμＢＰ／２ｅＭｓが大きいほど起こり易い。ここで、ｇはランデのｇ因子、μＢはボーア磁子、Ｐはスピン分極率、ｅは電子の素電荷、Ｍｓは飽和磁化である。ｇ、μＢ、ｅは物理定数であるので、書き込み電流を低減するためには、磁化自由層１０のスピン分極率Ｐを大きく、飽和磁化Ｍｓを小さくすることが有効であることが分かる。
【００５０】
飽和磁化の観点からは、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、ＣｏＦｅ／Ｎｉ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、ＣｏＦｅ／Ｐｄなどの遷移金属系の交互積層膜が、磁化自由層１０として有望である。これらの材料の飽和磁化は比較的小さいことが知られている。このような遷移金属系の積層膜をより一般化すると、磁化自由層１０は、第１の層と第２の層が積層された積層構造を有する。第１の層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれか、またはこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有する。第２の層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれか、またはこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有する。
【００５１】
また、上記積層膜の中でも特にＣｏ／Ｎｉはスピン分極率が高い。従って、磁化自由層１０としてはＣｏ／Ｎｉ積層膜が特に好適であると言える。実際に、Ｃｏ／Ｎｉを用いることにより制御性の高い磁壁移動が実現されることが、実験を通して確認されている（非特許文献５：Ｓ．  Ｆｕｋａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｌｏｗ−Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｅｌｌ  ｆｏｒ  Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  ＭＲＡＭ，  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  １２Ａ−２，  ２００８．  参照）。
【００５２】
２−２．下地層４０
ところで、上述のような磁化自由層１０の磁性材料は、ｆｃｃ構造を有し、且つ、（１１１）面が基板垂直方向に積層したｆｃｃ（１１１）配向結晶構造を有する。また、非特許文献６（Ｇ．Ｈ．Ｏ．  Ｄａａｌｄｅｒｏｐ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｉｎ  Ｃｏ／Ｎｉ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ，  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ＶＯＬ．  ６８，  ＮＯ．  ５，  ｐｐ．６８２−６８５，  １９９２．）によれば、上述のような積層膜の垂直磁気異方性は、それら膜の界面における界面磁気異方性によって発現する。従って、磁化自由層１０において良好な垂直磁気異方性を実現するためには、上述の磁性材料が良好なｆｃｃ（１１１）配向で成長できるような「下地層４０」を設けることが好ましい。
【００５３】
非特許文献７（Ｆ．Ｊ．Ａ．  ｄｅｎ  Ｂｒｏｅｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ａｎｄ  Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｃｏ／Ｎｉ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ，  ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，  ＶＯＬ．  ２８，  ＮＯ．  ５，  ｐｐ．２７６０−２７６５，  １９９２．）には、非磁性材料の下地層を用いることにより、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜において垂直磁化が得られることが示されている。より詳細には、１０ｎｍ以上の厚いＡｕ膜あるいはＣｕ膜だけが、下地層として用いられている。しかしながら、そのような非磁性層だけが下地層として用いられる場合、ピニング層とデータ記憶層（磁化固定領域）との間で弱い静磁結合しか得られない。磁化固定領域の磁化固定が不十分な場合、データ書き込み動作によって磁壁ＤＷがデータ記憶層から抜けてしまう可能性がある。これは、磁気メモリの動作信頼性を著しく劣化させる。
【００５４】
データ記憶層１０中で磁壁ＤＷを正常に維持するためには、データ記憶層１０中の磁化固定領域１１ａ、１１ｂの磁化方向を十分に固定しておく必要がある。つまり、ピニング層５０ａ、５０ｂと磁化固定領域１１ａ、１１ｂとの間で、強い磁気的結合を実現することが重要である。そのために、本実施の形態によれば、磁性体が下地層４０として用いられる。すなわち、図１Ａにおける下地層４０は、磁性体で形成される「磁性下地層」である。好適には、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜が、磁性下地層４０として用いられる。
【００５５】
磁性下地層４０の材料として、例えば、ＮｉＦｅＢが挙げられる。そのようなＮｉＦｅＢ膜が磁性下地層４０として用いられる場合であっても、磁化自由層１０であるＣｏ／Ｎｉ積層膜が良好なｆｃｃ（１１１）配向で成長できることを以下に示す。つまり、ＮｉＦｅＢ膜を磁性下地層４０として用いることにより、磁化自由層１０において良好な垂直磁気異方性を実現可能なことを示す。
【００５６】
図６及び図７は、様々なＮｉＦｅＢ膜厚に対して測定されたＣｏ／Ｎｉ積層膜の磁化曲線を示している。図６は、基板垂直方向の磁化曲線を示し、図７は、基板面内方向の磁化曲線を示している。基板としては、酸化膜付きシリコン基板が用いられた。図６及び図７に示されるように、ＮｉＦｅＢ膜厚を適切に調節することによって、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜が良好なｆｃｃ（１１１）配向で成長すること、すなわち、良好な垂直磁化が実現されることがわかる。
【００５７】
より詳細には、図６から明らかなように、ＮｉＦｅＢ膜厚が２ｎｍ以上の場合に、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜が垂直磁気異方性を示している。つまり、膜厚が２ｎｍ以上の場合に、良好な垂直磁化が実現されている。このことは、ＮｉＦｅＢ膜がＣｏ／Ｎｉ積層膜に垂直磁気異方性を持たせると共に、ＮｉＦｅＢ膜自身も垂直磁化していることを表している。また、図７から、ＮｉＦｅＢ膜厚が１０ｎｍ程度まで大きくなると、ＮｉＦｅＢ膜が一部、基板面内方向への磁気異方性を持つことがわかる。従って、ＮｉＦｅＢ膜厚は１０ｎｍ以下であることが好ましい。このように、ＮｉＦｅＢ膜厚は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好適である。
【００５８】
このＮｉＦｅＢ膜厚は、上述の非特許文献７で示された非磁性下地膜の膜厚（１０ｎｍ以上）よりも小さい。下地層が厚くなるにつれ、その下地層の抵抗値は小さくなり、書き込み電流が下地層を流れ易くなる。つまり、書き込み電流のうち比較的多くが磁化自由層１０ではなく下地層を流れることになり、電流誘起磁壁移動に寄与しない分も含めて書き込み電流の総量が増大してしまう。このことは、書き込み電流の低減の観点から好ましくない。逆に言えば、下地層の厚さが小さくなることは、書き込み電流の低減の観点から好ましい。
【００５９】
尚、磁性下地層４０の材料は、ＮｉＦｅＢに限られない。磁性下地層４０の材料として、ＮｉＦｅＮｂＢ、ＮｉＦｅＺｒ、ＮｉＦｅＴｉ、ＮｉＦｅＭｏＢ、ＮｉＦｅＣｒＢ、ＮｉＦｅＮｂＭｏＢ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＮｂＭｏ等が用いられてもよい。このようにＮｉＦｅに非磁性元素を加えた軟磁性膜でも、同様の効果が得られる。
【００６０】
また、これまでは、例として、磁化自由層１０の材料がＣｏ／Ｎｉである場合が説明された。磁化自由層１０の材料が他のもの（Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＦｅ／Ｐｔ、ＣｏＦｅ／Ｐｄなど）である場合でも、本発明は実施可能である。それらの材料の抵抗率はＣｏ／Ｎｉの抵抗率とおおよそ同等であるため、上述の下地層材料及びその膜厚範囲は同様に適用され、それにより好ましい特性が得られる。
【００６１】
２−３．変形例
図８は、変形例を示している。本変形例では、下地層４０は、磁性下地層４１と非磁性下地層４２を備えている。磁性下地層４１は、上述の磁性下地層４０と同様である。一方、非磁性下地層４２は、非磁性体で形成されている。この非磁性下地層４２は、磁化自由層１０と磁性下地層４１との間に介在している。非磁性下地層４２は、磁化自由層１０の垂直磁気異方性をさらに促進させるとともに、磁化自由層１０と磁性下地層４１とを磁気的にカップリングさせる役割を果たす。
【００６２】
非磁性下地層４２の材料としては、Ｃｏ系の垂直磁化膜の配向性を向上させ、且つ、磁性膜間で優れた磁気的結合が得られるものが好適である。このような材料として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄなどが挙げられる。また、非磁性下地層４２の膜厚は、磁化自由層１０と磁性下地層４１との間の磁気的結合が最も強くなり、且つ、磁化自由層１０の結晶配向性が最大になるように決められる。その最適な膜厚は、０．２〜２ｎｍの範囲にある。
【００６３】
３．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、電流誘起磁壁移動を利用した磁気メモリにおいて、垂直磁気異方性を有する磁化自由層１０（データ記憶層）を好適に実現することが可能となる。特に、ピニング層５０ａ、５０ｂと磁化固定領域１１ａ、１１ｂとの間で、十分に強い磁気的結合が実現される。これにより、データ書き込み動作によって磁壁ＤＷが消失するといった動作不良が防止される。すなわち、電流誘起磁壁移動を利用した磁気メモリの動作信頼性が向上する。
【００６４】
また、磁壁移動が起こるデータ記憶層が垂直磁気異方性を有している場合、書き込み電流を十分小さく低減可能である（非特許文献３参照）。本実施の形態によれば、垂直磁気異方性を有する好適な磁化自由層１０（データ記憶層）が実現される。これにより、書き込み電流を低減することが可能である。
【００６５】
上述の非特許文献１によれば、書き込み電流を０．５ｍＡ以下へ低減することでセル面積が既存の混載ＳＲＡＭと同等になることが示されている。実際には、望ましい書き込み電流の大きさの１つの基準は、「０．２ｍＡ以下」である。これは、書き込み電流が０．２ｍＡ程度まで低減されると、非特許文献１で提案されている２Ｔ−１ＭＴＪのセル構成において最小レイアウトが可能となり、既存の揮発性メモリの代替と低コスト化が実現されるからである。本実施の形態によれば、磁化自由層１０及び下地層４０の材料や膜厚を適切に選択することによって、書き込み電流を０．２ｍＡ以下にまで低減することが可能となる。書き込み電流が０．２ｍＡ以下にまで低減された磁気メモリは、既存のメモリの代替となり得る。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【００６７】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００６８】
（付記１）
磁化方向が固定された垂直磁化膜であるピニング層と、
前記ピニング層上に形成された下地層と、
前記下地層上に形成された垂直磁化膜であるデータ記憶層と、
を備え、
前記データ記憶層は、
磁化方向が反転可能な磁化自由領域と、
前記下地層を介して前記ピニング層と磁気的に結合し、当該磁気的結合によってその磁化方向が固定された磁化固定領域と
を備え、
前記下地層は、磁性体で形成された磁性下地層を備える
磁気メモリ。
【００６９】
（付記２）
付記１に記載の磁気メモリであって、
前記磁性下地層は、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＮｂＢ、ＮｉＦｅＺｒ、ＮｉＦｅＴｉ、ＮｉＦｅＭｏＢ、ＮｉＦｅＣｒＢ、ＮｉＦｅＮｂＭｏＢ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＮｂＭｏのうちのいずれかを含有する
磁気メモリ。
【００７０】
（付記３）
付記１又は２に記載の磁気メモリであって、
前記磁性下地層の膜厚は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である
磁気メモリ。
【００７１】
（付記４）
付記１乃至３のいずれか一項に記載の磁気メモリであって、
前記データ記憶層は、第１の層と第２の層が積層された積層構造を有し、
前記第１の層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれか、またはこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有し、
前記第２の層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれか、またはこれらの群から選択される複数の材料からなる合金を含有する
磁気メモリ。
【００７２】
（付記５）
付記４に記載の磁気メモリであって、
前記第１の層は、Ｃｏを含有し、
前記第２の層は、Ｎｉを含有する
磁気メモリ。
【００７３】
（付記６）
付記１乃至５のいずれか一項に記載の磁気メモリであって、
前記下地層は、更に、非磁性体で形成された非磁性下地層を備え、
前記非磁性下地層は、前記データ記憶層と前記磁性下地層との間に介在している
磁気メモリ。
【００７４】
（付記７）
付記６に記載の磁気メモリであって、
前記非磁性下地層は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含有する
磁気メモリ。
【００７５】
本出願は、２０１０年３月２３日に出願された日本国特許出願２０１０−０６６９３０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１Ａ】
2011118461.tif 000003
【図１Ｂ】
2011118461.tif 000004
【図２Ａ】
2011118461.tif 000005
【図２Ｂ】
2011118461.tif 000006
【図３Ａ】
2011118461.tif 000007
【図３Ｂ】
2011118461.tif 000008
【図４Ａ】
2011118461.tif 000009
【図４Ｂ】
2011118461.tif 000010
【図５】
2011118461.tif 000011
【図６】
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【図７】
2011118461.tif 000013
【図８】
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【国際調査報告】
2011118461.tif 000015
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